Đồ án tốt nghiệp tìm hiểu về động cơ điện một chiều

ỏn tt nghip Tỡm hiu v ng c in mt chiu ỏn tt nghip CHNG 1: TèM HIU V NG C IN MT CHIU 1.1 Khỏi nim chung Trong nn sn xut hin i, mỏy in mt chiu c coi l mt loi mỏy quan trng Nú cú th dựng lm ng c in, mỏy phỏt in hay dựng nhng iu kin lm vic khỏc ng c in mt chiu cú c tớnh iu chnh tc rt tt, vỡ vy mỏy c dựng nhiu nhng ngnh cụng nghip cú yờu cu cao v iu chnh tc nh cỏn thộp, hm m, giao thụng ti ng c in c phõn loi theo cỏch kớch thớch t, thnh cỏc ng c kớch thớch c lp, kớch thớch song song, kớch thớch ni tip v kớch thớch hn hp Cn chỳ ý rng ng c kớch thớch c lp I= I; ng c kớch thớch song song v hn hp I = I + It; ng c in kớch thớch ni tip I = I = It Trờn thc t, c tớnh c ca ng c kớch thớch c lp v kớch thớch song song hu nh ging nhng cn cụng sut ln ngi ta thng dựng ng c in kớch thớch c lp iu chnh dũng in kớch thớch c thun li v kinh t hn mc dự loi ng c ny ũi hi phi cú thờm ngun in ph bờn ngoi Ngoi ra, khỏc vi trng hp mỏy phỏt kớch thớch ni tip, ng c in ni tip c dựng rt nhiu, ch yu ngnh kộo ti bng in Cu to v nguyờn lý lm vic 2.1Cu to ca ng c in mt chiu Kt cu ch yu ca ng c in mt chiu nh hỡnh v 1.1 v cú th chia lm hai phn chớnh l phn tnh v phn quay Cỏc thnh phn : Bearing : Vũng bi Commutator : C gúp ỏn tt nghip Armature core : Cun dõy phn ng Shaft : Trc quay Magnet :Nam chõm Trục quay Đai khoá1 Cuộn dây phần ứng Nam châm Đai khoá Cổ góp Vòng bi Hỡnh 1.1 S mt ct ngang v dc ca ng c mt chiu a) Phn tnh (stato) ỏn tt nghip Stato Roto õy l phn ng yờn ca mỏy Phn tnh gm cú cỏc b phn sau: Cc t chớnh: l b phn sinh t trng gm cú lừi st cc t v dõy qun kớch t lng ngoi lừi st cc t lm bng nhng lỏ thộp k thut in hay thộp cacbon dy 0.5 n mm ộp li v tỏn cht Trong mỏy in nh cú th dựng thộp Cc t c gn cht vo v mỏy nh cỏc bulụng Dõy qun kớch t c qun bng dõy ng bc cỏch in v mi cun dõy u c bc cỏch in k thnh mt v tm sn cỏch in trc t trờn cỏc cc t Cỏc cun dõy kớch t t trờn cỏc cc t ny v c ni ni tip vi Cc t ph: c t gia cỏc cc t chớnh v dựng ci thin i chiu Lừi thộp ca cc t ph cú t dõy qun m cu to ging nh dõy qun cc t chớnh Cc t ph c gn vo v mỏy nh nhng bulụng Gụng t: dựng lm mch t ni lin cỏc cc t, ng thi lm v mỏy Trong mỏy in nh v va thng dựng thộp tm dy un v hn li Trong mỏy in ln thng dựng thộp dỳc Cú mỏy in nh dựng gang lm v mỏy ỏn tt nghip Ngoi cũn cú cỏc b phn khỏc nh: Np mỏy bo v mỏy b nhng vt ngoi ri vo lm h hng dõy qun hay an ton cho ngi chm vo in C cu chi than a dũng in t phn quay ngoi b) Phn quay (rụto) Gm cú nhng b phn sau: Lừi st phn ng: dựng dn t Thng dựng nhng tm thộp k thut in (thộp hp kim silic) dy 0.5 mm ph cỏch in mng hai mt ri ộp cht li gim hao tn dũng in xoỏy gõy nờn Trờn lỏ thộp cú dp hỡnh dng rónh sau ộp li thỡ t dõy qun vo Trong nhng mỏy c trung tr lờn, ngi ta cũn dp nhng l thụng giú ộp li thnh lừi st cú th to c nhng l thụng giú dc trc Hỡnh 1.2 S cu to rụto Trong nhng mỏy in hi ln thỡ lừi st thng c chia lm tng on nh Gia cỏc on y cú mt khe h gi l khe thụng giú ngang trc Khi mỏy lm vic, giú thi qua cỏc khe lm ngui dõy qun v lừi st Trong mỏy in nh lừi st phn ng c ộp trc tip vo trc Trong mỏy in ln, gia trc ỏn tt nghip v lừi st cú t giỏ rụto Dựng giỏ rụto cú th tit kim thộp k thut in v gim nh trng lng rụto Dõy qun phn ng: l phn sinh s.. v cú dũng in chy qua Dõy qun phn ng thng lm bng dõy ng cú bc cỏch in Trong mỏy in nh (cụng sut di vi kilụoat ) thng dựng dõy cú tit din trũn Trong mỏy in va v ln, thng dựng dõy tit din hỡnh ch nht Dõy qun c cỏch in cn thn vi rónh ca lừi thộp trỏnh quay b vng sc ly tõm, ming rónh cú dựng nờm ố cht hoc phi cht dõy qun Nờm cú th lm bng tre, g hay bakilit C gúp: dựng i chiu dũng in xoay chiu thnh mt chiu Kt cu ca c gúp gm nhiu phin ng cú duụi nhn cỏch in vi bng lp mica dy 0.4 n 1.2 mm v hp thnh mt hỡnh tr trũn Hai u tr trũn dựng hai vnh p hỡnh ch V ộp cht li Gia vnh p v tr trũn cng cỏch in bng mica uụi vnh gúp cú cao hn mt ớt hn cỏc u dõy ca cỏc phn t dõy qun vo cỏc phin gúp dc d dng Cỏc b phn khỏc nh: Cỏnh qut qut giú lm ngui mỏy Trc mỏy t lừi st phn ng, c gúp, cỏnh qut v bi 1.2.2 Nguyờn lý lm vic ca ng c in mt chiu ng c in mt chiu thc cht l mỏy in ng b ú s.. xoay chiu c chnh lu thnh s.. mt chiu chnh lu s.. ta cú hai u vũng dõy c ni vi hai phin gúp trờn cú hai chi in luụn t sỏt vo chỳng Khi rụto quay, chi in luụn tip xỳc vi phin gúp ni vi dn Vỡ vy s.. xoay chiu vũng dõy ó c chnh lu mch ngoi thnh s.. v dũng in mt chiu nh h thng vnh gúp v chi in s.. mt chiu gia cỏc chi in cú tr s ln v ớt p mch, dõy qun rụto thng cú nhiu vũng dõy ni vi nhiu phin gúp lm thnh dõy qun phn ng v cú c gúp in (cũn gi l c gúp hoc vnh i chiu) ỏn tt nghip 1.3 c tớnh c ca ng c in mt chiu kớch t c lp Khi ngun in mt chiu cú cụng sut khụng ln thỡ mch in phn ng v mch kớch t mc vo hai ngun in c lp vi nhau, lỳc ny ng c c gi l ng c kớch t c lp U + _ Rf E I Rkt Ckt + _ Ukt Hỡnh 1.3 S ni dõy ca ng c kớch t c lp Theo s trờn cú th vit phng trỡnh cõn bng in ỏp mch phn ng nh sau: U =E+(R + Rf)I (1-1) Trong ú: U- in ỏp phn ng, V E- sc in ng phn ng, V R- in tr ca mch phn ng, Rf- in tr ph mch phn ng, I- dũng in mch phn ng, A Vi R = r + rcf + rb + rct r - in tr cun dõy phn ng rcf - in tr cun cc t ph rb - in tr cun bự rct - in tr tip xỳc ca chi in Sc in ng E ca phn ng ng c c xỏc nh theo biu thc: ỏn tt nghip E = pN = K 2a (1-2) Trong ú: p s ụi cc t chớnh N s dn tỏc dng ca cun dõy phn ng a s ụi mch nhỏnh song song ca cun dõy phn ng - t thụng kớch t di mt cc t, Wb - tc gúc, rad/s K= pN l h s cu to ca ng c 2a T (1-1) v (1-2) ta cú: = R + Rf Uu - u I K K (1-3) Biu thc (1-3) l phng trỡnh c tớnh c in ca ng c Mt khỏc Mụmen in t Mt ca ng c c xỏc nh bi: M=KI Suy ra: I = (1-4) M dt K Thay giỏ tr I vo (1-3) ta c: = U u Ru + R f Mt K ( K ) (1-5) Nu b qua tn tht c v tn tht thộp thỡ mụmen c trờn trc ng c bng mụmen in t, ta ký hiu l M ngha l Mt = Mc = M = U u Ru + R f M K ( K ) (1-6) õy l phng trỡnh c tớnh c ca ng c in mt chiu kớch t c lp Gi thit phn ng c bự , t thụng = const, thỡ cỏc phng trỡnh c tớnh c in (1-3) v phng trỡnh c tớnh c (1-6) l tuyn tớnh th ca chỳng c biu din trờn l nhng ng thng hng ỏn tt nghip 0 m m Im In Mm I Hỡnh 1.4 c tinh c in ca ng c M Hỡnh 1.5 c tớnh c ca in mt chiu kớch t c lp ng c in mt chiu kớch t c lp CHNG 2: TèM HIU H TRUYN NG CHO ỏn tt nghip NG C IN MT CHIU I iu chnh tc ng c in mt chiu iu chnh tc ng c l dựng cỏc bin phỏp nhõn to thay i cỏc thụng s ngun nh in ỏp hay cỏc thụng s mch nh in tr ph, thay i t thụng T ú to cỏc c tớnh c mi cú nhng tc lm vic mi phự hp vi yờu cu Thc t cú phng phỏp c bn iu chnh tc ng c in mt chiu l: +iu chnh in ỏp cp cho phn ng ng c + iu chnh in ỏp cp cho mch kớch t ng c Cu trỳc phn mch lc ca h truyn ng iu chnh tc ng c in mt chiu bao gi cng cú b bin i Cỏc b bin i ny cp in ỏp v dũng in cho mch phn ng ng c hoc mch kớch t ng c V phng din iu chnh tc , ng c in mt chiu cú nhiu u vit hn so vi loi ng c khỏc, khụng nhng cú kh nng iu chnh tc d dng m cu trỳc mch lc, mch iu khin n gin hn, ng thi t cht lng iu chnh cao gii iu chnh tc rng 1.Nguyờn lý iu chnh in ỏp phn ng iu chnh in ỏp phn ng ng c in mt chiu cn cú thit b ngun nh mỏy phỏt in mt chiu kớch t c lp, cỏc b chnh lu iu khin Cỏc thit b ny cú chc nng bin nng lng xoay chiu thnh mt chiu cú sc in ng Eb iu chnh c nh tớn hiu iu khin Uk Vỡ l ngun cú cụng sut hu hn so vi ng c nờn cỏc b bin i ny cú in tr Rb v in cm Lb khỏc Rb Lk Uk BB CK I Eb(Uk) Hỡnh 2.1 S v s thay th ch xỏc lp R E ỏn tt nghip ch xỏc lp cú th vit c phng trỡnh c tớnh ca h thng nh sau: Eb + E = I ( Rb + R ) = Eb R + Rud Iu b K dm K dm = 0( Uk) - ( 2- ) M Vỡ t thụng ca ng c c gi khụng i nờn cng c tớnh c cng khụng i, cũn tc khụng ti lý tng thỡ tu thuc vo giỏ tr in ỏp iu khin Uk ca h thng, ú cú th núi phng phỏp iu chnh ny l trit xỏc nh gii iu chnh tc ta ý rng tc ln nht ca h thng b chn bi ng c tớnh c c bn, l c tớnh ng vi in ỏp phn ng nh mc v t thụng cng c gi gớa tr nh mc Tc nh nht ca gii iu chnh b gii hn bi yờu cu v sai s tc v v mụmen ng Khi mụmen ti l nh mc thỡ cỏc giỏ tr ln nht v nh nht ca tc l: M dm max = max - = - ( 2-2 ) M dm thoó kh nng quỏ ti thỡ c tớnh thp nht ca di iu chnh phi cú mụmen ngn mch l: Mn.m = Mc max = KM Mm Trong ú KM l h s quỏ ti v mụmen Vỡ h c tớnh c l nhng ng thng song song nhau, nờn theo nh ngha v cng c tớnh c ta 10 ỏn tt nghip = ( Mn.m Mm ) D= max M dm (K M 1) M dm = M dm (K M ) max = M dm KM (2- 3) max max k1 k2 min Mm Mnm M,I Hỡnh 2-2 Xỏc nh phm vi iu chnh Vi mt c cu mỏy c th thỡ cỏc giỏ tr max, Mm, KM l xỏc nh, vỡ vy phm vi iu chnh D ph thuc tuyn tớnh vo giỏ tr ca cng Khi iu chnh in ỏp phn ng ng c bng cỏc thit b ngun iu chnh thỡ in tr tng mch phn ng gp khong hai ln in tr phn ng ng c Do ú cú th tớnh s b c: max M dm 10 Vỡ th ti cú c tớnh mụmen khụng i thỡ giỏ tr phm vi iu chnh tc cng khụng vt quỏ 10 i vi cỏc mỏy cú yờu cu cao v di iu chnh v chớnh xỏc trỡ tc lm vic thỡ vic s dng cỏc h thng h nh trờn l khụng tho c 11 ỏn tt nghip Trong phm vi ph ti cho phộp cú th coi cỏc c tớnh c tnh ca truyn ng mt chiu kớch t c lp l tuyn tớnh Khi iu chnh in ỏp phn ng thỡ cng cỏc c tớnh c ton gii iu chnh l nh nhau, ú st tc tng i s t giỏ tr ln nht ti c tớnh thp nht ca di iu chnh Hay núi cỏch khỏc nu c tớnh c thp nht ca gii iu chnh m sai s tc khụng vt quỏ giỏ tr sai s tc cho phộp, thỡ h truyn ng x lm vic vi sai s luụn nh hn sai s cho phộp ton b di iu chnh Sai s tng i ca tc c tớnh c thp nht l: S= = S= M dm S cp ( 2- ) Vi cỏc giỏ tr Mm, min, Scp l xỏc nh lờn cú th tớnh c giỏ tr ti thiu ca cng c tớnh c cho sai s khụng vt quỏ giỏ tr cho phộp lm vic ny a s cỏc trng hp cn xõy dng h truyn ng in kiu vũng kớn Trong sut qua trỡnh iu chnh in ỏp phn ng thỡ t thụng kớch t c gi nguyờn, ú mụmen ti cho phộp ca h s l khụng i: Mc.cp = Km.Im = Mm Phm vi iu chnh tc v mụmen nm hỡnh ch nht bao bi cỏc ng thng = m, M = Mm v cỏc trc to Tn hao nng lng chớnh l tn hao mch phn ng nu b qua cỏc tn hao khụng i h Eb = E + I ( Rb + R ) I Eb = I E + I2 ( Rb + R ) 12 ỏn tt nghip Nu t Rb + R = R thỡ hiu sut bin i nng lng ca h s l: = = I u Eu = I u Eu + I u2 R + MR (Kdm)2 + R ( ) x Khi lm vic ch xỏc lp ta cú mụmen ng c sinh ỳng bng mụmen ti trờn trc M* = M*c v gn ỳng coi c tớnh c ca ph ti l M* = (*)x thỡ: = (2- 5) + R ( ) x m M M Hỡnh 2-3: Quan h gia hiu sut truyn ng v tc vi cỏc loi ti khỏc iu chnh tc bng cỏch thay i in ỏp phn ng l rt thớch hp trng hp mụmen ti l hng s ton gii iu chnh Cng thy rng khụng nờn ni thờm in tr ph vo mch phn ng vỡ nh vy s lm gim ỏng k hiu sut ca h 13 ỏn tt nghip u im: õy l phng phỏp iu chnh trit , vụ cp cú ngha l cú th iu chnh tc bt k vựng ti no k c khụng ti lý tng Nhc im: Phi cú b ngun cú in ỏp thay i nờn u t c bn ln v chi phớ hnh cao 2.1.2Nguyờn lý iu chnh t thụng ng c iu chnh t thụng kớch t ca ng c in mt chiu l iu chnh mụmen in t ca ng c M = KI v sc in ng quay ca ng c E = K Mch kớch t ca ng c l mch phi tuyn, vỡ vy h iu chnh t thụng cng l h phi tuyn: iK = eK d + K rb + rK dt ( 2- ) ú: rK - in tr õy qun kớch thớch rb - in tr ca ngun in ỏp kớch thớch K s vũng dõy ca dõy qun kớch thớch Trong ch xỏc lp ta cú h: iK = eK rb + rK ; = f[iK] Thng iu chnh t thụng thỡ in ỏp phn ng c gi nguyờn bng giỏ tr nh mc, ú c tớnh c thp nht vựng iu chnh t thụng chớnh l c tớnh cú in ỏp phn ng nh mc, t thụng nh mc v c gi l c tớnh c bn ( ụi chớnh l c tớnh c t nhiờn ca ng c ) Tc ln nht ca di iu chnh t thụng b hn ch bi kh nng chuyn mch ca c gúp in Khi gim t thụng tng tc quay ca ng c thỡ 14 ỏn tt nghip ng thi iu kin chuyn mch ca c gúp cng b xu i, vỡ vy m bo iu kin chuyn mch bỡnh thng thỡ cn phi gim dũng in phn ng cho phộp, kt qu l mụmen cho phộp trờn trc ng c gim rt nhanh Ngay c gi nguyờn dũng in phn ng thỡ cng c tớnh c cng gim rt nhanh gim t thụng kớch thớch: ( K ) = hay * = ( * )2 Ru max I ik U dk rk rbk Lk + E wk a) Mm M b) Ik wk Lk(uk ) c) Hỡnh 2- S thay th (a) c tớnh iu chnh iu chnh t thụng ng c (b) Quan h (ikt), (c) Do iu chnh tc bng cỏch gim t thụng nờn i vi cỏc ng c m t thụng nh mc nm ch tip giỏp gia vựng tuyn tớnh v vựng bóo ho ca c tớnh t hoỏ thỡ cú th coi vic iu chnh l tuyn tớnh v hng s C ph thuc vo thụng s kt cu ca mỏy in: 15 ỏn tt nghip = ciK = c eK rb + rK Nhn xột: Phng phỏp iu chnh bng cỏch thay i t thụng cú th diu chnh tc vụ cp v cho nhng tc ln hn tc c bn ncb Phng phỏp ny c dựng iu chnh tc cho cỏc mỏy mi nng hoc l mỏy bo ging Do quỏ trỡnh iu chnh tc c thc hin trờn mch kớch t nờn tn tht nng lng ớt, mang tớnh kinh t, thit b n gin Kt lun: T nhng u, nhc im ca hai phng phỏp iu chnh tc ng c in mt chiu ta va xột trờn thỡ ta thy phng phỏp iu chnh tc ng c in mt chiu bng phng phỏp iu chnh in ỏp phn ng ng c l thớch hp hn 2.2 La chn mch lc cho truyn ng ng c in mt chiu cú o chiu quay Chn truyn ng Tiristo - ng c in mt chiu (T- ) cú o chiu quay Do chnh lu tiristo dn dũng theo mt chiu v ch iu khin c m, cũn khoỏ theo in ỏp li cho nờn truyn ng van thc hin o chiu khú khn v phc hn truyn ng mỏy phỏt ng c Cu trỳc mch lc cng nh mch iu khin h truyn ng T- o chiu cú yờu cu o chiu cao v cú logic iu khin cht ch Cú hai nguyờn tc c bn xõy dng h truyn ng (T- ) o chiu: + Gi nguyờn chiu dũng in phn ng v o chiu dũng kớch t ng c + Gi nguyờn chiu dũng in kớch t v o chiu dũng in phn ng Trong thc t, cỏc s truyn ng (T- ) o chiu cú nhiu song u thc hin theo mt hai nguyờn tc trờn v c phõn thnh cỏc loi s chớnh sau: 16 ỏn tt nghip + Truyn ng dựng mt b bin i cp cho phn ng v o chiu bng cụng tc t chuyn mch phn ng ( = const) H ny cú u im dựng cho cụng sut nh, tn s o chiu thp: Hỡnh 2- S truyn ng dựng mt b bin i cp cho phn ng v o chiu bng cụng tc t chuyn mch phn ng + Truyn ng dựng mt b bin i cp cho phn ng v o chiu quay bng o chiu dũng kớch t Loi ny dựng cho cụng sut ln, ớt thc hin o chiu: Hỡnh 2- S truyn ng dựng mt b bin i cp cho phn ng v o chiu quay bng o chiu dũng kớch t + Truyn ng dựng hai b bin i, cp cho phn ng iu khin riờng, hai b iu chnh lm vic riờng r vi Ti mt thi im ch phỏt xung m mt b cũn b khoỏ hon ton S ny dựng cho mi gii cụng sut v cú kh nng o chiu vi tn s ln: 17 ỏn tt nghip Hỡnh 2- S truyn ng hai b bin i, cp cho phn ng iu khin riờng, hai b iu chnh lm vic riờng r vi + Truyn ng dựng hai b bin i u ni song song ngc iu khin chung S ny dựng cho mi di cụng sut va v ln, thc hin vic o chiu ờm nhng cú nhc im kớch thc cng knh, u t ln, tn tht ln Hỡnh 2- S truyn ng hai b bin i u ni song song ngc iu khin chung + Truyn ng dựng hai b bin i ni theo s chộo iu khin chung Dựng cho di cụng sut va v ln cú tn s o chiu cao 18 ỏn tt nghip Hỡnh 2- S truyn ng dựng hai b bin i ni theo s chộo iu khin chung V nguyờn tc xõy dng mch iu khin, cú th chia lm hai loi chớnh: iu khin riờng v iu khin chung Truyn ng T- o chiu iu khin riờng Khi iu khin riờng hai b bin i lm vic riờng r nhau, ti mt thi im ch phỏt xung iu khin vo mt b bin i cũn b b khoỏ khụng cú xung iu khin H cú hai b bin i l B1 v B2 vi cỏc mch phỏt xung iu khin tng ng l FX1 v FX2, trt t hot ng ca cỏc b phỏt xung ny c quy nh bi cỏc tớn hiu logic b1 v b2 Quỏ trỡnh hóm v o chiu c mụ t bng th thi gian Trong khong thi gian ữ t1, B1 lm vic ch chnh lu vi gúc 1< /2 cũn B2 khoỏ Ti t1 phỏt lnh o chiu bi iL, gúc iu khin tng t bin ln hn /2, dũng phn ng gim dn v khụng, lỳc ny ct xung iu khin khoỏ B1, thi im t2 c xỏc nh bi cm bin dũng in khụng SI1 Trong khong thi gian tr = t3ữ t2, B1 b khoỏ hon ton, dũng in phn ng b trit tiờu Ti t3, s.. ng c E cũn dng, tớn hiu logic b2 kớch cho FX2 m B2 vi gúc 2> /2 v cho dũng in phn ng khụng vt quỏ giỏ tr cho phộp, ng c c tỏi sinh, nu nhp iu gim phự hp vi quỏn tớnh ca h thỡ cú th trỡ dũng in hóm v dũng in ng ngc khụng i, iu ny c thc hin bi cỏc mch vũng dũng iu chnh t ng ca h thng Trờn s logic LOG, iL, iL1, iL2, l cỏc tớn hiu logic u vo; b1, b2 l cỏc tớn hiu logic u khoỏ cỏc b phỏt xung iu khin + iL = : phỏt xung iu khin m B1 + iL = : phỏt xung iu khin m B2 + i1L(i2L) = : cú dũng in chy qua B1 (B2) + b1, b2 = : khoỏ b phỏt xung FX1 (FX2) 19